ミトコンドリアDNA

一般性

ミトコンドリアＤＮＡ 、またはｍｔＤＮＡは、ミトコンドリア、すなわち酸化的リン酸化の非常に重要な細胞プロセスを担う真核細胞の細胞小器官の内部に存在するデオキシリボ核酸である。

ミトコンドリアDNAは、二本鎖ヌクレオチド、窒素含有塩基に関する組成、遺伝子の存在など、核DNAといくつかの類似点を有する。

しかし、それはまた、その種類の中でそれがユニークになります構造的および機能的の両方、いくつかの特殊性を持っています。これらの特徴には以下が含まれる：ヌクレオチドの二本鎖の円形度、遺伝子の含有量（これは37要素のみである）および非コードヌクレオチド配列のほぼ完全な欠如。

ミトコンドリアDNAは細胞の生存に基本的な役割を果たします：それは酸化的リン酸化の実現に必要な酵素を生産します。

ミトコンドリアDNAとは

ミトコンドリアDNA 、またはmtDNAは、 ミトコンドリアの内側に位置するDNAです。

ミトコンドリアは、真核生物に典型的な大型の細胞小器官で、食物に含まれる化学エネルギーをATPに変換します。ATPは、細胞が使用できるエネルギーの一種です。

ミトコンドリアの構造と機能に関する想起

管状、繊維状または顆粒状の形態のうち、ミトコンドリアは細胞質内に存在し、 細胞質の体積のほぼ25％を占めている。

それらは２つのリン脂質二重層膜 、もう１つは外面、もう１つは内層を有する 。

外側のミトコンドリア膜として知られる最も外側の膜は、各ミトコンドリアの周囲を表し、5, 000ダルトン以下のサイズの分子に対して透過性にする輸送タンパク質（ブタのみならず）を有する。

ミトコンドリア内膜として知られる最も内側の膜は、ＡＴＰ合成に必要な全ての酵素成分（または酵素）および補酵素成分を含み、そしてマトリックスと呼ばれる中央空間を画定する。

最も外側の膜とは異なり、内側のミトコンドリア膜は、その総面積を増加させる多数の陥入（いわゆる頂上）を有する 。

2つのミトコンドリア膜の間には、ほぼ60〜80オングストロームの間隔があります（A）。この空間を膜間空間と呼びます。膜間空間は、細胞質のそれと非常に類似した組成を有する。

ミトコンドリアによって操作されるＡＴＰの合成は非常に複雑なプロセスであり、生物学者はこれを酸化的リン酸化という用語で識別する。

正確なミトコンドリアDNAの位置と量

図：ヒトのミトコンドリア

ミトコンドリアＤＮＡは、ミトコンドリアマトリックス内 、すなわち、ミトコンドリア内膜によって区切られた空間内に存在する。

信頼できる科学的研究に基づいて、各ミトコンドリアは2から12コピーのミトコンドリアDNAを含むことができます。

人体において、いくつかの細胞はそれらの中に数千のミトコンドリアを含むことができるという事実を考慮すると、単一のヒト細胞中のミトコンドリアＤＮＡコピーの総数は２０，０００単位にさえ達することができる。

注：ヒト細胞のミトコンドリアの数は細胞の種類によって異なります。例えば、肝細胞（すなわち肝細胞）はそれぞれ１，０００〜２，０００のミトコンドリアを含み得るが、赤血球（すなわち赤血球）はそれらを全く含まない。

構造

ミトコンドリアＤＮＡ分子の一般構造は核ＤＮＡの一般構造、すなわち真核細胞の核内に存在する遺伝的遺産に似ている。

実際、核DNAと同様に、

ミトコンドリアDNAは、2本の長いヌクレオチドからなるバイオポリマーです。ヌクレオチドは、5つの炭素原子を持つ糖（DNAの場合はデオキシリボース ）、 窒素塩基 、 リン酸基の3つの要素が結合した有機分子です。
ミトコンドリアＤＮＡの各ヌクレオチドは、そのデオキシリボースの炭素３とその直後のヌクレオチドリン酸基との間のホスホジエステル結合によって、同じフィラメントの次のヌクレオチドに結合する。
２本のミトコンドリアＤＮＡ鎖は反対方向を有し、一方の頭部が他方の末端と相互作用し、そしてその逆もある。この特定の配置は、 逆平行配置 （または逆平行配置 ）として知られている。
ミトコンドリアＤＮＡの２本のフィラメントは、窒素含有塩基を介し て互いに相互作用する 。
具体的には、各フィラメントの各窒素含有塩基は、他方のフィラメント上に存在する唯一無二の窒素含有塩基と水素結合を確立する。
この種の相互作用は、「窒素含有塩基間の対合」または「窒素含有塩基対」と呼ばれる。
ミトコンドリアＤＮＡの窒素含有塩基はアデニン 、 チミン 、 シトシンおよびグアニンである 。
これらの含窒素塩基が生じる対合はランダムではなく、非常に特異的である：アデニンはチミンとのみ相互作用し、一方シトシンはグアニンとのみ相互作用する。
ミトコンドリアDNAは遺伝子 （または遺伝子配列）の本拠地です。遺伝子は、明確な生物学的意味を有する、多かれ少なかれ長いヌクレオチドの配列である。ほとんどの場合、それらはタンパク質を生じさせる。

ミトコンドリアDNAの構造詳細

前述の類推を超えて、ヒトミトコンドリアＤＮＡはそれをヒト核ＤＮＡとかなり区別するいくつかの構造上の特異性を有する。

第一に、それは環状分子であり 、一方核DNAは線状分子である。

このように、それは16, 569対の窒素含有塩基を持っています、一方核DNAは33億の美しさを持っています。

それは３７個の遺伝子を含み、一方核ＤＮＡは２０，０００から２５，０００の間を含むように見える。

それは染色体で構成されていませんが、核DNAは23の染色体に分割され、いくつかの特定のタンパク質と共にクロマチンと呼ばれる物質を形成します。

最後に、それは２つの遺伝子に同時に関与する一連のヌクレオチドを含み、一方核ＤＮＡはそのヌクレオチド配列が明確に定義されそして互いに異なる遺伝子を有する。

起源

ミトコンドリアDNAは細菌由来の可能性が非常に高いです。

実際、多数の独立した研究に基づいて、分子生物学者は、ミトコンドリアDNAの細胞内存在が、ミトコンドリアと非常によく似た、祖先の真核細胞による独立した細菌性生物の取り込みの結果であると信じている。

細菌中に存在するＤＮＡは一般にミトコンドリアＤＮＡのような環状ヌクレオチドのフィラメントであるので、この興味深い発見は科学界を部分的に驚かせただけである。

ミトコンドリアおよびミトコンドリアＤＮＡが細菌起源を有するという理論は、用語「 内部共生 」から「 内部共生理論 」と呼ばれる。手短に言えば、生物学において、用語「共生共生」は、ある利点を得るために、一方を他方の内側に取り込むことを含む、２つの生物間の共同作業を示す。

好奇心

信頼できる科学的研究によると、進化の過程で将来のミトコンドリアDNA上に存在する多くのバクテリア遺伝子は核DNAに移動して位置を変えたでしょう。

言い換えれば、内部共生の開始時に、核DNA上に現在存在するいくつかの遺伝子はそれらの細菌性生物のDNAに存在し、それは次にミトコンドリアになるであろう。

ある種の遺伝子はある種ではミトコンドリアDNAから、そして他の種では核DNAから由来するという理論は、ミトコンドリアDNAと核DNAの間の遺伝子シフトの理論を裏付けるものである。

機能

ミトコンドリアDNAは、酸化的リン酸化の繊細な過程を正しく実現するために必要な酵素（タンパク質）を生成します。

これらの酵素の合成のための指示は、ミトコンドリアDNAのゲノムを構成する37の遺伝子にあります。

ミトコンドリアDNAコードの遺伝子とは：詳細

ミトコンドリアＤＮＡの３７個の遺伝子は、タンパク質、ｔＲＮＡおよびｒＲＮＡをコードする。

具体的には：

酸化的リン酸化を実行するために責任がある13のタンパク質のための13のコード
22は22分子のtRNAをコードする
2 2分子のrRNAをコードする

ｔＲＮＡおよびｒＲＮＡ分子は、それらがそれらの産生を調節する機構を構成するので、上記１３個のタンパク質の合成にとって基本的なものである。

したがって、言い換えれば、ミトコンドリアDNAは、特定のタンパク質セットを生成するための情報と後者の合成に必要なツールを持っています。

RNA、tRNA、rRNAとは何ですか？

ＲＮＡ 、またはリボ核酸は、ＤＮＡから出発して、タンパク質の生成において基本的な役割を果たす核酸である。

一般的に一本鎖のＲＮＡは、それが代理である特定の機能に応じて、様々な形態（または種類）で存在することができる。

ＴＲＮＡおよびｒＲＮＡはこれらの可能な形態のうちの２つである。

ＴＲＮＡは、タンパク質を製造する過程でアミノ酸を付加するために使用される。アミノ酸はタンパク質を構成する分子単位です。

ｒＲＮＡはリボソーム 、すなわちタンパク質合成の基礎となる細胞構造を形成する。

RNAとその機能についてもっと知りたい方は、ここをクリックしてください。

ミトコンドリアDNAの機能詳細

機能的な観点から、ミトコンドリアDNAは核DNAと明確に区別されるいくつかの独特の特徴を持っています。

これらの特定の機能は次のとおりです。

ミトコンドリアＤＮＡは、核ＤＮＡから合成されたいくつかのタンパク質の介入を必要とするという意味で半独立している。
これとは対照的に、核DNAは完全に自律的であり、タスクを適切に実行するために必要なものすべてを生成します。
ミトコンドリアDNAは、 核DNAとはわずかに異なる遺伝暗号を持っています。これはタンパク質の実現において一連の相違をもたらす：核ＤＮＡ中のヌクレオチドの特定の配列が特定のタンパク質の生成をもたらす場合、ミトコンドリアＤＮＡ中の同じ配列はわずかに異なるタンパク質の形成をもたらす。
ミトコンドリアＤＮＡは、 非常に少数の非コードヌクレオチド配列 、すなわちタンパク質、ｔＲＮＡまたはｒＲＮＡを産生しないものを有する。百分率で言えば、ミトコンドリアDNAのわずか3％がコードしていない。
対照的に、核ＤＮＡは７％しかコードしていないので、それは多数の非コードヌクレオチド配列（９３％）を含む。

表：ヒトミトコンドリアＤＮＡとヒト核ＤＮＡとの間の相違の要約。
ミトコンドリアDNA	核DNA
円形です	それは線形です
それは合計16, 569対の窒素塩基を有する。	それは窒素含有塩基の合計33億ペアを持っています
それは全部で37の遺伝子を含みます	20, 000から25, 000の遺伝子が含まれています
適切に機能するためには、核DNAに由来するいくつかの遺伝子産物の支持が必要です。	それは自律的であり、その機能を適切に実行するために必要なすべてを生み出します
それは各個々のミトコンドリア内にいくつかのコピーで存在するかもしれない	それはユニークです、すなわちそれは1つのコピーだけにあり、そして核に存在します
それを構成するヌクレオチド配列の97％がコーディングされている。	それを構成するヌクレオチド配列のわずか7％がコードされている
染色体で構成されていません	23染色体に分かれています
「伝統的な」ものとは少し異なる遺伝暗号を使う	「伝統的な」遺伝暗号を使う
その相続は母方です	その相続は半母親と半父方です
そのヌクレオチドのいくつかは同時に2つの遺伝子に参加します	遺伝子を構成するヌクレオチド配列は互いによく区別されています